Direkt zum Inhalt

Versuche

Bolzensprenger

Ziel des Versuchs

  • Demonstration der auftretenden Kräfte bei der Längenänderung aufgrund von Temperaturschwankungen

Bei der Längenänderung auftretende Kräfte

Um Einordnen zu können, wie groß die Kräfte sind, die bei der Längenänderung eines Festkörpers aufgrund von Temperaturänderungen auftreten, eignet sich ein Experiment mit dem sog. Bolzensprenger. Diesen gibt es in verschiedenen Ausführungen. In der Regel besitzen aber alle eine Metallstrebe, die erhitzt wird und an deren einen Ende ein Metallbolzen eingespannt werden kann. Im Versuch wird die Metallstrebe zunächst erhitzt und dann abgekühlt.

Versuchsdurchführung

Aufgabe

Beschreibe und erkläre mit deinen eigenen Worten die Beobachtungen, die du bei der Durchführung des Versuchs im Video machen kannst.

Lösung

Beim Erhitzen sinkt der Keil immer weiter in die mittlere Metallstrebe ein. Ursache hierfür ist, dass sich die Metallstrebe beim Erhitzen ausdehnt, am vorderen Ende aber durch den Metallbolzen an einem festen Ort gehalten wird. Die Wärmeausdehnung findet daher vollständig in Richtung des hinteren Endes statt, wo der Keil dann absinkt.

Beim Abkühlen zerbricht der Bolzen nach einiger Zeit unter den Zugkräften der Metallstrebe. Ursache hierfür ist, dass sich die Metallstreben beim Abkühlen wieder zusammenzieht. Der Keil am hinteren Ende und der Bolzen am vorderen Ende halten die Strebe jedoch zunächst an ihrem Ort. Die Zugkräfte der Metallstrebe, die auf Keil und Bolzen wirken, werden im Laufe des Abkühlens immer größer, bis sie irgendwann so groß sind, dass sie den vorderen Bolzen zerbrechen. 

Nenne zwei Beispiele aus deinem Alltag oder der Technik, bei dem die Materialausdehnung aufgrund von Temperaturveränderungen berücksichtigt werden muss (z.B. durch Dehnungsfugen), um Schäden an Gegenständen/Materialien zu verhindern.

Lösung

Beispiele können sein:

  • Konstruktion von Brücken
  • Verlegen von Laminatboden bis an die Wand (Fuge oft durch eine Leiste versteckt)
  • lange Betonflächen wie bspw. an Bahnsteigen